4. Классы и марки бетона

Классы и марки являются показателями качества бетона (по какому-либо признаку) и устанавливаются СНиП 52-01-2003. Различают следующие классы: В – по прочности на сжатие; В_t – по прочности на осевое растяжение.

Классом бетона по прочности на сжатие В называют наименьшее контролируемое значение временного сопротивления сжатию стандартных кубов (с ребром 150 мм, испытанных с соблюдением требований ГОСТ), гарантированное с обеспеченностью 0,95.

По СНиП 52-01-2003 для бетонных и железобетонных конструкций предусмотрены следующие классы тяжелого бетона по прочности на сжатие:

В10; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60.

Число, стоящее после буквы В, соответствует гарантированной прочности на осевое сжатие в МПа, с обеспеченностью 95%.

Рассмотрим подробнее понятие «класс бетона» и как он назначается.

Прочностные характеристики бетона обладают определенной изменчивостью, т.е. являются случайными величинами (с позиций теории вероятностей). Тогда, чтобы обеспечить достаточную надежность конструкции, в расчетах надо принимать наименьшие из возможных значения прочности, соответствующие заданной вероятности (иначе – такие значения прочности, которые в подавляющем большинстве случаев были бы ниже возможных фактических значений прочности в конструкции). Установить такие значения можно с помощью методов теории вероятностей и математической статистики.

По результатам испытаний образцов строят опытные гистограмму и статистическую кривую распределения прочности бетона (рис. 13), характеризующие ее изменчивость. По оси абсцисс откладывают значения прочности R₁, R₂,…R_k, а по оси ординат – числа n₁, n₂, … n_k , представляющие количество случаев появления соответствующей прочности.

Для построения опытной кривой производят статистическую обработку результатов испытаний, в ходе которой определяют:

- среднеарифметическое значение прочности

(2.10)

- среднеквадратическое отклонение (стандарт), характеризующее разброс прочности относительно среднего значения

(2.11)

где ₁ = R₁ – R_m; ₂ = R₂ – R_m; …, _k = R_k – R_m - отклонения отдельных значений прочности от среднего значения;

- коэффициент вариации (изменчивости) прочности бетона в партии, который характеризует степень рассеяния прочности бетона

(2.12)

Весь размах наблюдений R_min – R_max разбивают на ряд интервалов и строят гистограмму (а если соединять середины интервалов, то получится опытная кривая).

Кривые распределения прочности бетона (и арматуры) как правило, симметричны относительно среднего значения и хорошо описываются теоретической кривой нормального распределения случайной величины (в нашем случае – прочности бетона) .Следует отметить, что теоретические кривые распределения прочностных характеристик асимптотически приближаются к оси абсцисс, не пересекая ее, так что в принципе не существует определенной граничной, минимальной или максимальной величины прочности материала.

Рис. 13. Гистограмма (1) и теоретическая кривая (2) распределения прочности бетона

Отношение площади , ограниченной кривой распределения и осью абсцисс на длине участка R_max – R_min , ко всей площади, ограниченной кривой распределения (от - до +), является вероятностью непоявления значений прочности больше R_m + kS и меньше R_m – kS. Чем больше число k стандартов, тем больше площадь  и тем больше вероятность непоявления прочности, равной R_max и R_min , (т.е. тем выше надежность), но значения R_max и R_min будут уменьшаться с увеличением числа k.

Следовательно, наименьшее вероятное значение прочности бетона с заданной (через число k стандартов) обеспеченностью отстоит от среднего значения

. (2.13)

Число k – показатель надежности, зависящий от заданной обеспеченности (доверительной вероятности) Р наименьшего значения прочности:

k = 1 – P = 0,84 (84% всех образцов покажут прочность не ниже R_min) ;

k = 1,64 – P = 0,95 (95% - “ – “ – ‘ – “ – “ – “ – “ – “ – “ – “ – “ – “ – “ – “ -);

k = 3 – P = 0,997 (99,7% - “ – “ – ‘ – “ – “ – “ – “ – “ – “ – “ – “ – “ – “ – “ -).

Нормами проектирования установлена обеспеченность P = 0,95, а коэффициент вариации v = 0,135. Тогда по (2.13) наименьшее контролируемое значение временного сопротивления сжатию или класс бетона по прочности на сжатиеB (иначе – нормативная кубиковая прочность R_n)

B  R_n = R_min = R_m(1 – 1,64v) (2.14)

или B = R_m(1 – 1,640,135) = 0,778R_m ,

где R_m – среднее значение кубиковой прочности.

Класс бетона по прочности на осевое растяжение B_t назначают так же, но при значении коэффициента вариации v = 0,165 (т.к. разброс прочности на растяжение больше, чем на сжатие) и только для конструкций, в которых он имеет решающее значение (резервуары, водонапорные трубы, силосы) и контролируется на производстве. Нормы устанавливают следующий параметрический ряд классов бетона по прочности на осевое растяжение:

В_t0,8; В_t1,2; В_t1,6, В_t2,0; В_t2,4; В_t2,8; В_t3,2.

Марки бетона характеризуют его физические свойства. Нормы устанавливают марки тяжелого бетона по следующим показателям:

по морозостойкости – F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500 (количество циклов попеременного замораживания и оттаивания водонасыщенных образцов, испытанных в соответствии с ГОСТ, при котором прочность снижается не более чем на 15%);

по водонепроницаемости – W2; W4; W6; W8; W10; W12 (наибольшее давление воды, МПа, при котором не наблюдается ее просачивание через бетон стандартного образца, испытанного в соответствии с ГОСТ;

по средней плотности (кг/м³): для тяжелых бетонов – D2300, D2400, D2500; для легких – от D800 до D2000.